1. Sobre transferência de calor:
a) O que é transferência de calor e qual é sua força motriz?
b) Quais os mecanismos de transferência de calor e como cada um acontece?
c) Escreva as três leis que descrevem a taxa de transferência de calor para cada um dos três mecanismos de transferência de calor e indique o que cada um dos termos significa.
b) Quais os mecanismos de transferência de calor e como cada um acontece?
c) Escreva as três leis que descrevem a taxa de transferência de calor para cada um dos três mecanismos de transferência de calor e indique o que cada um dos termos significa.
Passo 1
O enunciado pede para a) definir o que é transferência de calor e sua força motriz, b) descrever os mecanismos de transferência de calor e c) escrever as leis que regem cada um desses mecanismos, explicando o que significa cada termo. Este é um conteúdo de transferência de calor em Engenharia Térmica.
Passo 2
Transferência de calor é o processo de troca de energia térmica entre corpos ou entre regiões de um mesmo corpo devido a uma diferença de temperatura. A força motriz que faz o calor fluir é sempre o gradiente de temperatura, isto é, o fato de existir uma região mais quente e outra mais fria, levando o calor a passar espontaneamente do quente para o frio.
Passo 3
Os três mecanismos de transferência de calor são:
- Condução: ocorre em meios sólidos, líquidos ou gases, por interação molecular ou eletrônica, sem deslocamento macroscópico de massa.
- Convecção: ocorre em fluidos (líquidos ou gases) por transporte de massa combinado com condução. Pode ser natural (devido ao empuxo causado por variação de densidade) ou forçada (devido a um ventilador ou bomba).
- Radiação: ocorre por emissão e recepção de ondas eletromagnéticas, sem necessidade de meio material, governada pela temperatura das superfícies emissoras e receptoras.
Passo 4
As leis de transferência de calor são:
Lei de Fourier (condução):
Lei de Fourier (condução):
onde
é a taxa de calor conduzido,
é a condutividade térmica,
é a área de transferência e
é o gradiente de temperatura.
Lei do resfriamento de Newton (convecção):
onde
é a taxa de calor convectivo,
é o coeficiente de transferência convectiva,
é a área de superfície,
é a temperatura da superfície e
é a temperatura do fluido distante.
Lei de Stefan–Boltzmann (radiação):
onde
é a taxa de calor radiante,
é a emissividade da superfície,
é a constante de Stefan–Boltzmann,
é a área emissora,
é a temperatura absoluta da superfície e
é a temperatura absoluta do ambiente.
Resposta
(a) Transferência de calor é a troca de energia térmica motivada por um gradiente de temperatura, fluindo sempre do mais quente para o mais frio.
(b) Condução (por interação molecular sem transporte de massa), convecção (por transporte de massa de fluidos, natural ou forçada) e radiação (por ondas eletromagnéticas).
(c) ;
;
,
com cada termo conforme explicado acima.
(b) Condução (por interação molecular sem transporte de massa), convecção (por transporte de massa de fluidos, natural ou forçada) e radiação (por ondas eletromagnéticas).
(c)
com cada termo conforme explicado acima.